Café y microbiota intestinal

 

Cuando estaba en San Diego, realizando mi estancia postdoctoral, había una publicación semanal de distribución gratuita que se llamaba el San Diego Reader (todavía existe) y en la que se recogían diferentes noticias y eventos locales. También aparecían algunas tiras de cómic y una de ellas estaba dedicada a un peculiar superhéroe: Too Much Coffee Man. Una vez publicaron una hoja entera con una ilustración en blanco y negro que me hizo bastante gracia, lo que me llevó a recortarla y ponerla en mi mesa de trabajo. Y es que en aquellas fecha tomaba bastante café. El artículo que se ha publicado recientemente en Nature Microbiology me ha hecho recordarla y gracias a San Google he podido encontrarla, pero en color. 

Los investigadores han estudiado la asociación entre el consumo de café y la composición de la microbiota. De hecho, parece que es el alimento que más efecto tiene sobre la microbiota intestinal. Han examinado los datos metagenómicos de más de 22.867 personas de Estados Unidos y de Reino Unido y luego los han comparado con otros datos metagenómicos de diversas bases de datos (211 cohortes, 54.198 personas, más de 40 países) , comparando grupos entre los no bebedores de café, bebedores moderados (menos de 3 tazas/día) y grandes bebedores (más de 3 tazas/día). También han incluido grupos de personas que consumen café descafeinado. Y lo que han encontrado es que hay una serie de especies bacterias que se ven favorecidas, sobre todo la especie Lawsonibacter asaccharolyticus, que había sido descrita como probiótico por su producción de butirato. La presencia de esta bacteria en la microbiota intestinal indica que la persona es un bebedor de café con un 95% de probabilidades. Además, cuanto más café se bebe, más abundante es dicha bacteria. En el grupo de grandes bebedores, la abundancia de dicha bacteria es ocho veces mayor que en la de no bebedores. Y otro dato importante más. La bacteria se ha encontrado tanto en los que beben café normal como café descafeinado. Así que el crecimiento de dicha bacteria no se debe a la cafeína, sino a otros componentes del café, seguramente polifenoles como el ácido clorogénico que es metabolizado primero a ácido cafeico y ácido quínico y posteriormente a ácido dihidroferúlico, vanillina y otros compuestos. Esto ha sido confirmado mediante estudios in vitro del crecimiento de dicha bacteria en ausencia y presencia de café.

Una ventaja de haber escogido el café frente a otro tipo de alimentos, es que las personas que lo consumen lo hacen de manera regular. Uno sabe si se toma uno o dos cafés al día, pero no sabe con la misma precisión  cuantas veces toma a la semana coliflor, pescado o carne. Sus datos indica que L. asaccharolyticus es una bacteria ubicua en las poblaciones adultas de las sociedades occidentales, mientras que en otras poblaciones es poco frecuente como en China, o está casi ausente como en la India, países donde lo que se bebe es té, sobre todo en el último. Una de las excepciones de las sociedades occidentales es Argentina, cosa que no debe extrañarnos ya que allí la bebida nacional es el mate (ver figura).

Gráfica en la que se muestra el consumo de café (kg por año) y la prevalencia de la bacteria L. asaccharolyticus tanto en poblaciones sanas (healthy) como enfermas (diseased). Origen de la imagen: Manghi et al. 2024.

L. asaccharolyticus no es la única especie bacteriana favorecida por el consumo de café. Otras 115 especies también se ven favorecidas, aunque estás han sido caracterizadas solo a nivel de genomas identificados en la muestra (SGB, species-level genome bin). Entre ellas se encuentran dos especies de  Faecalibacterium y dos de Alistipes. También han encontrado cambios en la composición del metaboloma intestinal tras la ingesta de café. Los autores reconocen que se necesitan más estudios para comprender los mecanismos moleculares subyacentes que expliquen la estimulación del crecimiento de L. asaccharolyticus. Asimismo, subrayan la importancia de replicar estos hallazgos en poblaciones más diversas para validar su aplicabilidad general.

..

 

Altruismo microbiano

Chlorochromatium aggregatum. Las bacterias autótrofas epibiontes rodean a una betaproteobacteria móvil. Lo único que se ve de ella es el flagelo a la derecha (Fuente: Small Things Considered)

Un consorcio microbiano es una comunidad formada por un pequeño número de especies de microorganismos, generalmente dos. Su relativa simplicidad es una ventaja para su estudio experimental en el campo de la ecología microbiana. Hay varios ejemplos de consorcios microbianos, el más famoso es el que está representado en la fotografía de arriba y que se denomina Chlorochromatium aggregatum (ahora C. chlorochromatii). Está formado por unas bacterias vede del azufre fotoautótrofas (el epibionte) que rodean a una betaproteobacteria flagelada quimiorganotrofa.

En un reciente artículo de Nature Microbiology describen el estudio metagenómico de un consorcio microbiano que degrada la celulosa en condiciones aeróbicas y que está presente durante el compostaje de residuos agrícolas. Lo que han encontrado es que la dinámica de la comunidad es consistente con el desarrollo de una sucesión de microorganismos heterótrofos. Es decir, primero aparecen una serie de microorganismos degradadores que van a descomponer los polímeros biológicos en moléculas más simples, a continuación otros microorganismos degradadores y finalmente tendremos a los productores de ácidos húmicos.

Las diferentes etapas del compostaje. En la primera parte (1 a 2 semanas) intervienen los mesófilos. Posteriormente microorganismos termófilos que completan la degradación de la materia orgánica. Finalmente tenemos la etapa de maduración con la formación de los ácidos húmicos.

Lo que han encontrado estos investigadores es que al principio se establece una población pionera a la que han denominado "Candidatus Reconcilibacillus cellulovorans" y que posee un "cluster" genético que codifica para diversas hidrolasas glicosídicas, las enzimas responsables de las primeras etapas de degradación de la celulosa. Eso indica que no hay un solo tipo de hidrolasas sino varios, por lo que hay varias reacciones degradadoras de la celulosa que pueden llevarse a cabo gracias a esa población pionera. Eso es una ventaja si consideramos que el material de partida que se debe compostar suele tener un origen diverso. Pero además, dichas enzimas se organizan en grandes complejos macromoleculares muy estables que permanecen durante todo el proceso de compostaje aunque la población microbiana que los ha sintetizado ya no esté presente. Es decir, esos complejos multidominio poseen diversas capacidades celulolíticas y son una especie de “bien común” que va a beneficiar a toda la comunidad microbiana responsable del proceso de compostaje. Una lección de altruismo a pequeña escala.

Arriba (a). Abundancia relativa de las poblaciones microbianas dominantes al final de las dos semanas de compostaje. Muestras de DNA fueron recogidas a diferentes tiempos para la secuenciación metagenómica. Centro (b) Actividades de la Carboximeti-celulasa (rojo) y de la xilanasa (verde) a lo largo de los días que duró el experimento. Abajo (c) Abundancia relativa diaria de una de las poblaciones de Paenibacillaceae (rojo) comparado el resto del consorcio microbiano creciendo sobre celulosa. Nótese que las actividades enzimáticas permanecen aunque la población productora está muy disminuida. Fuente: Kolinko et al. (2017)

Tomando forma

Manos dibujándose de MC Escher (origen)

En la entrada "De la forma" comentamos la importancia evolutiva que tiene la forma de las bacterias y que la morfología bacteriana era mucho más diversa de lo que en un principio se pensaba.

Pero, ¿cómo se forma una bacteria? La verdad es que sabemos más bien poco ya que lo que se conoce se basa en el estudio de unas cuantas bacterias: los cocos Streptococcus pneumoniae y Staphylococcus aureus; los bacilos Escherichia coli y Bacillus subtilis; las curvas y espirales formadas por Helicobacter pylori, Caulobacter crecentus o Borrelia burgdorferi. Del resto de morfologías no se conoce mucho. Así que quizás habría que replantearse la pregunta y elaborar alguna más simple que sí podamos contestar. Por ejemplo:

En el aspecto de la morfogénesis ¿qué tienen en común todas las bacterias?

• Todas tienen paredes de peptidoglicano (salvo los micoplasmas y los termoplasmas) y la forma viene dada por cómo está construida dicha macromolécula a nivel molecular. Así que no es de extrañar que el equipamiento bioquímico responsable de la síntesis de esa pared se haya conservado entre los diversos phyla bacterianos. A nivel molecular, ese equipamiento enzimático se coloca en una determinada “zona” de la bacteria y es allí donde ejerce su función. Es lo que podría denominarse una "síntesis zonal"



• La maquinaria de síntesis de la pared debe de asegurar que se mantenga la forma y que se incremente el tamaño de la bacteria gracias a la elongación, pero también debe permitir la reproducción celular mediante la septación. Basta cambiar mínimamente la orientación de la síntesis de peptidoglicano para pasar de elongar a septar. Lo que sí es necesario es que ambos procesos deben de estar coordinados tanto en el espacio como en el tiempo para asegurar la supervivencia de la bacteria.

Maquinaria de síntesis de peptidoglicano en la bacteria Escherichia coli. La elongación la lleva a cabo el elongasoma y la división el divisioma. En ambos casos se necesita un armazón citoplasmático que va a dirigir la localización de la síntesis del peptidoglicano (color naranja) y que reclutaran los diversos componentes como los elementos de membrana que incluyen proteínas reguladoras y sintetizadoras de elementos precursores (color azul) y proteínas sintetizadoras y modificadoras del peptidoglicano (color rojo). De todas estas proteínas, las más conservadas en todos los grupos bacterianos son FtsZ (naranja) y FtsK (azul-4). Origen de la imagen: Amelia M. Randich e Yves V. Brun 2015

Podríamos decir que esas son las "reglas básicas" que toda bacteria tiene que seguir. Quizás, cada grupo bacteriano tenga además algunas reglas específicas que expliquen las diferencias morfológicas. O quizás, uno podría esperar que si dos bacterias tienen una forma bacilar será porque ambas siguen el mismo juego de reglas. El mejor ejemplo es Escherichia coli (Gram negativa) y Bacillus subtilis (Gram positiva). Ambas realizan la elongación gracias a que sus equipos enzimáticos se colocan en unas zonas que siguen una pauta espiral y así sintetizan el nuevo peptidoglicano siguiendo dicha pauta.

Incorporación del peptidoglicano en diferentes bacterias morfológicamente distintas. En A se representa la elongación, en B la división. Tanto en Escherichia coli como en Bacillus subtilis, las zonas de elongación se disponen a lo largo de una espiral. Cuando las células se van a dividir la síntesis zonal se localiza solamente en el centro de la bacteria. En el caso de Streptococcus pneumoniae, la elongación se produce al insertar nuevo material en el llamado anillo ecuatorial. Según se va insertando el nuevo material los anillos resultantes se separana señalando el futuro lugar de septación. En el caso de Staphylococcus aureus no parece haber elongación, tan sólo síntesis de peptidoglicano septal. Origen de la imagen Dirk-Jan Scheffers1 y Mariana G. Pinho. 2005.

El dato de que dos bacterias tan alejadas filogenéticamente entre sí, han resuelto el mismo problema de la misma manera puede apuntar a que dicha "solución" apareció hace mucho tiempo. Pero cuando se observa con detalle lo que ocurre en otros grupos taxonómicos (ver el árbol filogenético de la 1ª parte), lo que a primera vista parece una conservación evolutiva es más bien una convergencia evolutiva. Entre una y otra especie nos encontramos con una miríada de morfologías. Observar una convergencia evolutiva nos indica otra cosa distinta: si se reposiciona la maquinaria de síntesis zonal se pueden generar un gran diversidad de formas bacterianas todas ellas derivadas de la morfología bacilar. Por ejemplo, si la síntesis zonal se restringe a uno sólo de los polos podemos obtener una prosteca como la de Caulobacter crescentus. En cambio, si la síntesis zonal se distribuye a lo largo de la longitud de un filamento se pueden conseguir las ramificaciones que se observan en las Actinobacterias. Bastaría con usar las reglas básicas de diferente forma para obtener las diversas morfologías bacterianas.

Síntesis zonal del peptidoglicano y morfología bacteriana. En las Alfaproteobacterias prostecadas basta reposicionar la maquinaria de síntesis del peptidoglicano (en verde) para que aparezcan diferentes fenotipos. A: Caulobacter crescentus prosteca polar. B: Asticcacaulis excentricus, prosteca subpolar. C: Asticcacaulis biprosthecum prostecas bipolares. En D tenemos el fenotipo ramificado de la actinobacteria Streptomyces coelicolor. Origen de la imagen: David T. Kysela et al. 2016.

Combinando tecnologías genómicas de una sola célula (single-cell genomics) con las tecnologías de microscopía de alta resolución, el grupo de Yves Brunn ha conseguido estudiar la evolución de la prosteca entre las especies pertenecientes a los Caulobacterales. Observando el árbol filogenético que se muestra más abajo, puede verse que primero apareció la prosteca polar (presente en Caulobacter crescentus). En algunas especies esa prosteca se ha convertido en una zona especializada en la reproducción por gemación (Hirschia baltica) pero en otras lo que ha pasado es que se ha perdido y la bacteria ha vuelto a una morfología bacilar (C. segnis). En otras especies, la síntesis zonal se reposicionó de manera supolar (Asticcacaulis excentricus) y a partir de este grupo volvió a reposicionarse a bilateral aumentando su número (A. biprosthecum). Al examinar con más detalle dicha transición, lo que se encontraron es que hay una proteína, denominada SpmX, que es la responsable de coordinar la síntesis del peptidoglicano en la prosteca. Dicha proteína tiene una región que es diferente en cada una de esas especies y que determina la localización de la síntesis zonal

Arbol filogenético de los Caulobacterales y morfología celular. 1. prosteca bilateral, Asticcacaulis biprosthecum (Chao Jiang, Stanford University). 2. prosteca subpolar, Asticcacaulis excentricus (Chao Jiang, Stanford University). 3. prosteca polar, Caulobacter crescentus (Paul Caccamo, Indiana University). 4. prosteca polar, Maricaulis maris (Patrick Viollier, University of Geneva). 5. prosteca polar pequeña, Brevundimonas subvibriodes (Brynn Heckel, Indiana University). 6. Prosteca polar para reproducción por gemación, Hirschia baltica. Origen de la imagen: David T. Kysela et al. 2016.

¿Podría explicarse la gran diversidad de morfologías bacterianas en base a la síntesis zonal de peptidoglicano? Pues es muy probable que la combinación de métodos genómicos con las nuevas tecnologías microscópicas den lugar a nuevas aproximaciones experimentales que permitan dar respuesta a esa pregunta y estudiar porqué las bacteria son como son e incluso abordar el problema de relacionar la morfogénesis bacteriana y las fuerzas de selección que actúan sobre ella. Puede afirmarse que este campo de investigación va tomando forma

Esta entrada y su primera parte han sido traducidas y publicadas en el blog Small Things Considered

De la forma

¿Quién dijo que las formas de las bacterias eran simples? (origen de la imagen)

Si hay algo que llama la atención del estudio de los eucariotas es la enorme diversidad de morfologías que uno puede encontrar: desde las secuoyas más grandes hasta el radiolario más pequeño. Los procariotas en cambio parecen bastante más simples y aburridos. Si uno abre la página 109 de la 7ª edición del “Microbiología Médica” de Murray, Roshental y Phaller se va a encontrar con que hay solo cuatro morfologías celulares: cocos, bacilos, bacilos curvos y espiroquetas. Pero en realidad, eso es debido a que tradicionalmente, la bacteriología ha sido una disciplina médica y esas son las típicas morfologías de las bacterias patógenas. Otra cosa que ayudó a establecer la idea de que las bacterias son o bien bacilos, o bien cocos, es que los microorganismos modelo de la Biología Molecular son los bacilos Escherichia coli, Bacillus subtilis y el coco Streptococcus pneumoniae. Sin embargo, cuando uno empieza a observar a las bacterias que hay en el medio ambiente lo que se encuentra es que la diversidad de tamaños y formas no tiene nada que envidiar a la de otros seres vivos.

Esto es precisamente lo que describen en el artículo “Diversity Takes Shape: Understanding the Mechanistic and Adaptive Basis of Bacterial Morphology” de David T. Kysela , Amelia M. Randich , Paul D. Caccamo e Yves V. Brun. En el artículo no sólo realizan un pequeño catálogo de las diversas formas bacterianas que uno puede observar, también discuten la importancia que tiene esa morfología desde el punto de vista evolutivo. Recordemos que en biología uno de los paradigmas más importantes es el binomio estructura-función, y si un ser vivo tiene una determinada morfología suele ser porque esa morfología le ha ayudado a sobrevivir mejor en el habitat que ocupa. La forma de las bacterias ha sido moldeada por la selección natural, así que entender cómo pudo haber surgido esa diversidad nos puede dar muchas ideas sobre cómo funcionan las bacterias

Lo cierto es que la morfología bacteriana sí que se usó inicialmente como un carácter taxonómico importante. Todas las bacterias que tenían forma espiral, o que presentaban prostecas, o que eran bacilos helicoidales fototróficos, o cocos que se agrupaban en racimos, o..., acababan formando un taxón de mayor o menor categoría. Sin embargo, cuando llegó la filogenia molecular, muchos de aquellos taxones tuvieron que ser “reestructurados”. En el artículo ponen el ejemplo de las betaproteobacterias Rhodocyclus tenuis y Rubrivivax gelatinosus que antes estaban incluidas dentro del género Rhodospirillum incluido en la clase Alfaproteobacteria. Hablando en términos zoológicos, es como si hubieran descubierto que dos arañas estaban erróneamente clasificadas como insectos.

En la esquina superior izquierda una microfotografía de Rhodocyclus tenuis (barra 5 micras). A la derecha una microfotografía de Rhodospirillum rubrum a la misma escala. La distancia filogenética entre ambas bacterias es la misma que hay entre una araña y una hormiga, pero antes se las clasificaba dentro del mismo género debido, entre otros caracteres, a su morfología tan parecida. (Orígenes de las imágenes. R. tenuis, R. rubrum, araña, hormiga)

Al combinar los datos metagenómicos y los morfológicos se puede construir un árbol filogenético que nos de algo de información de cómo ha ido evolucionando la forma de las bacterias en los distintos phyla (ver el árbol filogenético de la figura inferior). Hay morfologías como las helicoidales (señaladas en verde) o las filamentosas (rojo) que aparecen repartidas por todo el árbol. Eso indica que ese tipo de forma ha aparecido de manera independiente y repetida en la evolución. En ese caso, si dos linajes diferentes llegan a tener la misma morfología ¿está generada dicha forma por una estrategia molecular convergente? ¿o es porque tienen estilos de vida similares?

Árbol filogenético del dominio Bacteria y morfología de diferentes bacterias. Se han representado 26 tipos de morfología (ver tabla de especies). Las abreviaturas indican los taxones principales. Los colores muestran las morfologías de un determinado tipo.  Ver las tablas inferiores para más información. Las diferentes bacterias no están a escala. Clickear encima para ver en mayor detalle. Origen de la imagen Kysela et al.  

Otras veces lo que se ve es que una determinada morfología está agrupada en una región del árbol, por ejemplo las ramificaciones de las actinobacterias (púrpura) o los apéndices de las caulobacterias (azul). En ese caso lo que ha ocurrido es que la morfología ha sido heredada de un ancestro común a todo ese agrupamiento. Las preguntas entonces son algo distintas ¿la persistencia de dicha forma es debida a una presión de selección? Si no todos los miembros de ese grupo son iguales ¿cómo y por qué pueden surgir variaciones morfológicas?

Lo cierto es que no está muy claro el porqué algunas bacterias tienen una determinada morfología y no otra. En líneas generales, los caracteres morfológicos pueden ser atribuidos a la adaptación a fuerzas selectivas tan diferentes como la adquisición de nutrientes, la adhesión a una superficie, la dispersión, la evasión frente a depredadores o la colonización de un hospedador. Si nos fijamos en las morfologías que aparecen en el árbol filogenético algunas son fáciles de asociar a una determinada característica. Por ejemplo, las formas helicoidales son óptimas para nadar en líquidos viscosos; los filamentos grandes suelen funcionar como una adaptación para evitar ser engullidos por protozoos; la ramificación en una bacteria acuática modifica su flotabilidad lo que le permite controlar la profundidad y así situarse en la zona de la columna de agua donde haya nutrientes. Algunas morfologías incluso sirven para cumplir más de una función. Herpetosiphon es una bacteria que forma largos filamentos que se entrecruzan entre si. Eso evita que pueda ser devorada por cualquier protozoo, pero a su vez le permite crear una red en cuyos “huecos” secreta enzimas hidrolíticas que lisan a otras bacterias de las que se alimenta.

Género Herpetosiphon. (a) crecimiento en medio sólido (b) crecimiento en medio líquido. Origen de la imagen

Y si la forma es tan importante en las bacterias ¿cómo consiguen hacerla? Eso lo veremos en una próxima entrada.

Esta entrada y su segunda parte han sido traducidas y publicadas en el blog Small Things Considered

Dos mejor que tres: un poda en el árbol de la vida

Xmas Darwin Phylogenetic Tree (origen de la imagen)

Hoy se cumple el primer aniversario de la muerte de Carl Woese, uno de los científicos de los que puede decirse eso de que "sus descubrimientos cambiaron los libros de texto". Bueno, ahora parece que algo parecido está sucediendo con su más famosa hipótesis, y probablemente dentro de poco habrá que volver a cambiar los libros de texto.

Ya hemos comentado en este blog que en 1977 Woese y Fox presentaron su árbol filogenético de tres ramas. El árbol fue construido al comparar la secuencia del ARN ribosómico, una macromolécula presente en todos los seres vivos. Evidentemente fueron muchos los grupos que se lanzaron bien a confirmar, o bien a rechazar la hipótesis mediante la realización de diversos experimentos y observaciones.

Uno de esos grupos fue el del profesor James A. Lake, de la Universidad de California Los Angeles. Lake también se fijo en los ribosomas, pero en lugar de comparar sólo las secuencias de ARN ribosomal, se fijo en la estructura de la macromolécula completa. En concordancia a los resultados de Woese, encontró que los ribosomas bacterianos eran muy distintos de los ribosomas eucariotas y de las arqueas. Pero al comparar los ribosomas de eucariotas y arqueas se encontró con algo inesperado. Los ribosomas eucariotas se parecían bastante a un tipo de arqueas (las crenoarqueas pero en ese tiempo se las conocía como los eocitos), pero no a otro (las euryarqueas, el grupo de los metanógenos y los halófilos extremos).

Comparación de la estructura de los ribosomas provenientes de difrerentes tipos de células. Origen de la imagen: Lake et al. 1984

Así que propuso otra explicación para explicar el origen de los eucariotas: la hipótesis del eocito. La diferencia fundamental entre ambas hipótesis es la siguiente. El árbol de Woese consta de tres ramas principales: Bacteria, Archaea y Eukarya. El árbol de Lake solo consta de dos ramas: Bacteria y Archaea, y dentro de la rama "Archaea" los eucariotas serían una rama secundaria más.

Los dos árboles. A la izquierda los tres dominios propuestos por Woese, a la derecha los dos dominios propuestos por Lake. Modificado a partir de Cox et al. 2008

¿Quién tiene razón? Pues inicialmente la hipótesis que parecía más correcta era la de Woese, y de hecho es la que nos encontramos en los libros de texto más usados en microbiología como son el Brock y el Prescott. Pero desde la revolución genómica cada vez se están acumulando más datos de secuencias de genómas completos de diversos microorganismos y parece que es la hipótesis del eocito la que se está viendo confirmada, al menos según una reciente revisión que ha sido publicada en la revista Nature. Vamos a resumirla.

Las dos hipótesis enfrentadas. En el árbol de la izquierda tenemos tres dominios principales monofiléticos: Bacteria, Archaea y Eukarya. Este último también es conocido como el linaje del hospedador en referencia al evento endosimbiontico que dio origen a la mitocondira, o el linaje nuclear por la presencia de dicho orgánulo. En este árbol las arqueas y los eucariotas tienen un ancestro común que no comparten con las bacterias. Todas las arqueas están dentro de un grupo monofilético. En la hipótesis del eocito (árbol de la derecha), el linaje de los eucariotas es uno más dentro del linaje de las arqueas. De acuerdo con dicha hipótesis los eucariotas compartirían un ancestro común con uno o con todos los linajes del grupo TACK, pero estarían diferenciados del linaje de las arqueas metanógenas (las euryarqueas). Por eso las arqueas serían un grupo parafilético. En este árbol sólo hay dos grandes linajes: Bacteria y Archaea. Origen de la imagen: Williamns et al. 2013

Comparación de secuencias

El árbol de los tres dominios se vio apoyado inicialmente por los datos de comparación de secuencias debido a que había muy pocas disponibles. Como ya he comentado antes, cada vez se están acumulando más datos genómicos. Esa circunstancia ha obligado a desarrollar nuevos métodos de análisis bioinformático. En cierto sentido en el campo de la bioinformática esta pasando algo muy similar a lo del problema de la "clasificación del murciélago" (¿es un ave porque vuela o un mamífero porque tiene mamas?). Dependiendo del método de comparación o del gen que se compara, una serie de parecidos entre las secuencias parecen tener más peso que otros, y así uno puede conseguir que le salga un árbol de tres dominios o uno de dos dominios. Añadamos a eso que a veces pueden suceder artefactos debidos a la técnica experimental de comparación. Un ejemplo de eso es lo que se conoce como la "atracción de las grandes ramas" en las que las secuencias que están en el interior de una gran rama tienden a parecer mucho más relacionadas entre sí, independientemente de su historia evolutiva. Como los programas bioinformáticos son cada vez más refinados y están diseñados para evitar o minimizar esos artefactos, lo que se está viendo es que los árboles se ajustan mejor al modelo de dos ramas del eocito.


Comparación de los "Core-genes" implicados en la producción de proteínas

Cuando Woese eligió hacer la comparación usando el ARN ribosomal lo hizo porque esta molécula está presente en uno de los procesos más conservados de la vida: la biosíntesis proteica. Pero ahora se pueden comparar no sólo los ARN ribosomales, sino todas las proteínas que están involucradas en dicho proceso, sobre todo aquellas proteínas que forman parte del ribosoma. Es lo que se conocen como los genes principales o core-genes, y evidentemente están muy conservados. Se asume que son unos 39 genes (depende de las preferencias del investigador). Aunque aquí también hay problemas dependiendo del método de comparación que use. En un trabajo publicado en el 2001 se comparaban los genes y el cómo estaban agrupados y se postuló que el árbol del eocito era el correcto. Pero en el 2006 apareció otro trabajo en el que primero se alineaban las secuencias dentro de cada grupo (bacteria con bacteria, arquea con arquea y eucariota con eucariota) y luego se combinaban para la comparación final, obteniéndose así un árbol con tres dominios. Al igual de lo que se ha indicado en el apartado anterior, usando métodos de comparación más refinados, los árboles que se obtienen son de dos ramas y no de tres.


Nuevos linajes de arqueas

Una consecuencia del uso de métodos metagenómicos en el análisis de muestras ambientales es que nos ha permitido conocer la existencia de microorganismos que ni siquiera ha sido posible cultivarlos en el laboratorio. Y con ello han aparecido linajes totalmente nuevos que han permitido “romper” las grandes ramas. Es el caso de los phylum Korarchaeota, Thaumarchaeota y Aigarchaeota. Estos tres phylum están relacionados con el phylum Crenarchaeota, por lo que se les conoce de manera informal como el super-filum TACK para así distinguirlos de los Euryarchaeota. Pues bien, una gran parte de los genes homólogos entre los eucariotas y las arqueas está dentro de este grupo, incluyendo los homólogos de la actina y la tubulina, el sistema de la ubiquitina, y una gran parte de los genes de la maquinaria ribosómica. Sin embargo dichos parecidos no se encuentran en un solo representante del grupo TACK, sino que están repartidos entre todos ellos, lo que puede explicarse por procesos de pérdida de genes o por procesos de transferencia genética horizontal (HGT).

Relaciones entre las arqueas y el origen de los eucariotas. El árbol representado es la rama Archaea de acuerdo con la hipótesis del eocito. Algunas de estas pautas y homologías también pueden ser explicadas por la hipótesis de los tres dominios, pero los resultados metagenómicos más recientes parecen cuadrar más con esta representación. Así, todos los linajes del grupo TACK y los eucariotas comparten el hecho de tener una inserción en la secuencia del factor de elongación 1-alfa (la posición filogenética de Korarchaeum aún no está resuelta definitivamente, pero ese linaje se caracteriza por la pérdida de dicha inserción). Entre estos resultados recientes se incluyen los ortólogos de la actina y la tubulina que en los eucariotas son la base del citoesqueleto. En el caso de los euryarqueotas lo que se encuentra es FtsZ, el homólogo a la tubulina presente en las bacterias. También se han incluido los componentes del sistema de la ubiquitina encontrado en Caldiarchaeum subterraneum. Aunque los mayores parecidos entre eucariotas y el grupo TACK se encuentran al comparar las secuencias de los genes involucrados en la transcripción y la traducción (cuatro proteínas ribosomales, la subunidad RpoG de la RNApolimerasa y el factor de elongación Elf1). Origen de la imagen: Williamns et al. 2013

Endosimbiosis, procesos de transferencia genética horizontal e historia de la vida

Tanto la hipótesis de los tres dominios como la del eocito contemplan el cómo la endosimbiosis y los procesos HGT han influido en la evolución y en la aparición del linaje eucariota, pero se diferencian en el cuándo han sucedido. Lo que parece claro es que los genes involucrados en procesos de transcripción y traducción (core-genes) no se han visto afectados por procesos HGT tan frecuentemente como genes involucrados en procesos metabólicos, así que el estudio de cómo se heredaron de manera vertical nos debe de dar información sobre cuándo aparecieron los distintos linajes. Para la hipótesis de los tres dominios, la aparición de los eucariotas fue algo que sucedió muy tempranamente y por ello dicho linaje celular está al mismo nivel que el dominio Arquea. En cambio, según la hipótesis del eocito los eucariotas son un grupo relativamente joven ya que sus "core-genes" se originaron dentro del linaje Arquea.

En cuanto a la endosimbiosis que dio lugar a las mitocondrias y a los cloroplastos, parece claro que debió suceder después de que hubieran aparecido las alfaproteobacterias y las proclorofitas. Se ha llegado a postular que la endosimbiosis que dio lugar a las mitocondrias fue anterior a la aparición del núcleo, y que fue precisamente ese evento lo que originó la aparición del linaje eucariota. En ese caso, dicho evento tuvo que suceder mucho después de lo que indica el árbol con tres dominios, algo que se contempla en la hipótesis del eocito.


Registro fósil y aparición de los eucariotas

El primer fósil que es indiscutiblemente eucariota es un alga roja de las bangiophytas que ha sido datada entre los 1200 y los 720 millones de años. Hay sin embargo otros candidatos que aparecen en rocas con 1800 millones de años de edad. Esto es consistente con los datos de biología molecular que señalan que el último ancestro común de los eucariotas apareció entre los 1900 y los 1700 millones de años. Sin embargo, sabemos que los procariotas fotosintéticos que formaron los primeros estromatolitos aparecieron hace 3400 millones de años, y las primeras arqueas metanógenas (Euryarchaetoa) produjeron metano que quedó en el registro fósil hace ya 3500 millones de años. Esto indica que los dos linajes procariotas aparecieron casi dos mil millones de años antes de que aparecieran los eucariotas. De nuevo, este dato parece apuntar a la hipótesis del eocito más que a la de los tres dominios.

Moraleja, no te tatúes un árbol filogenético. Origen de la imagen: The Genealogical World

Membranas celulares

Este es el único aspecto que parece mejor explicado por el árbol de los tres dominios que por la hipótesis del eocito. Las bacterias y los eucariotas tienen en común que los fosfolípidos de sus membranas celulares presentan enlaces éster, mientras que los fosfolípidos de todas las arqueas contienen enlaces éter. Lo cierto es que la aparición de las membranas biológicas en la historia de la vida es un asunto que no está aún muy claro, y de hecho se ha llegado a proponer que la vida apareció en estructuras de origen mineral y que luego se formaron las membranas dando lugar a las células modernas. En el caso de la hipótesis del eocito habría que explicar como una arquea del grupo TACK que realiza una endosimbiosis con una alfaproteobacteria, cambió su sistema de membranas biológicas del "estilo arquea" al "estilo bacteria".


Conclusiones

Si el árbol del eocito es correcto, entonces el grupo TACK de las arqueas contiene las pistas para explicar el origen de los eucariotas y de las complejas estructuras intracelulares que contienen. Al mismo tiempo, permite rechazar la hipótesis de que los eucariotas son un linaje celular primordial, dejando tan solo dos dominios primarios: Archaea y Bacteria.

. ¡Que tengáis un feliz 2014!
Origen de la imagen: Zazzle

Esta entrada participa en el XXVII carnaval de la Biología alojado en el blog La aventura de la ciencia



Woese CR, & Fox GE (1977). Phylogenetic structure of the prokaryotic domain: the primary kingdoms. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 74 (11), 5088-90 PMID: 270744

Williams TA, Foster PG, Cox CJ, & Embley TM (2013). An archaeal origin of eukaryotes supports only two primary domains of life. Nature, 504 (7479), 231-6 PMID: 24336283

Cox CJ, Foster PG, Hirt RP, Harris SR, & Embley TM (2008). The archaebacterial origin of eukaryotes. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 105 (51), 20356-61 PMID: 19073919

Lake JA, Henderson E, Oakes M, & Clark MW (1984). Eocytes: a new ribosome structure indicates a kingdom with a close relationship to eukaryotes. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 81 (12), 3786-90 PMID: 6587394

¿Dónde están los hongos matarile-rile-rile...

Pues en el fondo del mar, ¡también! Al menos eso es lo que han encontrado los investigadores William Orsi y Virginia Edgcomb del Departamento de Geología y Geofísica de la Institución Oceanográfica Woods Hole y su colega Jennifer F. Bidle de la Universidad de Delaware, cuando han analizado mediante procedimientos metagenómicos los sedimentos marinos de distintas localizaciones oceánicas. Su idea era analizar el 18S RNA ribosomal para identificar a los microorganismos eucariotas presentes en dichos fondos. Y se han encontrado con que hay hongos en todos los sitios, desde las dorsales oceánicas a las llanuras abisales pasando por los márgenes continentales.

Gráfico que muestra los cinco grupos taxonómicos eucariotas más abundantes encontrados en el estudio de los sedimentos marinos realizado por Orsi et al.

Pero una cosa es encontrar un gen que codifica para un RNA ribosomal y otra muy distinta es demostrar que proviene de un ser vivo metabólicamente activo. El DNA es una molécula muy estable y quizás pudiera provenir de microorganismos muertos, en forma latente, o incluso de tiempos remotos (es lo que se conoce como Paleoma). De hecho, hace una década ya se habían detectado que había hongos en los sedimentos marinos, e incluso se habían conseguido crecer en el laboratorio. Pero se pensaba que no eran muy frecuentes y que algunos podrían provenir simplemente de esporas latentes presentes en dichos sedimentos. La novedad del presente estudio es que primero han aislado RNA ribosomal de los sedimentos. De esa forma, en teoría sólo han podido muestrear microorganismos que tuvieran ribosomas funcionales, lo que supone que esas células estaban metabólicamente activas. Tras usar transcritasa reversa, han realizado una PCR para amplificar y luego secuenciar los RNA ribosomales. Así se ha podido correlacionar la presencia de diversas poblaciones de hongos con las cantidades de carbono orgánico total (TOC), nitratos, sulfuro y carbono inorgánico disuelto (DIC). Sin importar el lugar donde se han tomado las muestras, lo que se ha encontrado es que los perfiles químicos se correspondían con los perfiles biológicos.

Diversidad del RNA ribosomal pirosecuenciado encontrado en cinco localizaciones distintas que representan los distintos tipos de fondos marinos (NP: North Pond cerca de la dorsal oceánica del Atlántico, EEP: Pacífico Ecuatorial Oriental, BSP: Corriente de Benguela en África, HR: Cresta de los hidratos de gas en el Pacífico noroeste, PM: Márgenes de Perú). En la parte superior se muestra el porcentaje de secuencias leídas (eje y) y el color indica el tipo de organismo eucariota al que pertenecen. En la parte inferior, el dendrograma muestra el agrupamiento jerarquico de las muestras. Los círculos verdes representan la cantidad de carbono orgánico total de la muestra. Fuente de la imagen: Orsi et al.

Evidentemente, de confirmarse el hallazgo habrá que recalcular algunas de las tasas de renovación de los elementos en los ciclos biogeoquímicos. Hasta ahora se pensaba que las actividades heterotróficas de los fondos marinos estaban realizadas exclusivamente por procariotas. La presencia de hongos implica que puede haber nuevas capacidades degradativas que movilicen recursos y nutrientes de forma similar a lo que ocurre en los suelos terrestres. Los investigadores además han encontrado un dato bastante curioso en sus análisis. Han conseguido identificar RNAs ribosomales provenientes de plantas y diatomeas presentes en sedimentos que se formaron en tiempos remotos, concretamente con edades entre los 0'03 y los 2'7 millones de años, lo que sugiere que el RNA ribosomal de algunos taxones eucariotas es mucho más estable de lo que se pensaba. Es decir, además de un Paleoma para el DNA, hay que pensar que puede existir un Paleoma de RNA ribosomal.

Esta entrada participa en el XXII carnaval de la Química alojado en Roskiciencia y en el XXI carnaval de la Biología alojado en La enciclopedia galáctica.



Orsi W, Biddle JF, & Edgcomb V (2013). Deep Sequencing of Subseafloor Eukaryotic rRNA Reveals Active Fungi across Marine Subsurface Provinces. PloS one, 8 (2) PMID: 23418556

La imagen del fondo marino proviene de Publicdomain pictures y ha sido modificada por mi.

Bichos de altos vuelos

Inútilmente interrogas.
Tus ojos miran al cielo.
Buscas detrás de las nubes,
huellas que se llevó el viento.

Buscas las manos calientes,
los rostros de los que fueron,
el círculo donde yerran
tocando sus instrumentos.

Nubes que eran ritmo, canto
sin final y sin comienzo,
campanas de espumas pálidas
volteando su secreto,

palmas de mármol, criaturas
girando al compás del tiempo,
imitándole la vida
su perpetuo movimiento.

Inútilmente interrogas
desde tus párpados ciegos.
¿Qué haces mirando a las nubes,
José Hierro?

En la segunda temporada de la serie de animación japonesa Moyashimon hay un episodio en el que los protagonistas deben de viajar hasta Francia. Así que están obligados a tomar un avión. Sawali irá acompañado de su inseparable Koji (Aspergillus oryzae), y éste se verá sorprendido cuando comprueba que hay microorganismos que son capaces de sobrevivir en las capas altas de la atmósfera. En concreto el que aparece es Deinococcus radiodurans, una bacteria conocida por su alta resistencia a la radiación. Los simpáticos deinococos le explican a Koji que gracias a ello pueden sobrevivir a la letal radiación ultravioleta.

En realidad, sería raro que Koji o Sawaki vieran un deinococo por su ventanilla, ya que no son precisamente unos microorganismos muy frecuentes en las alturas. Al menos eso es lo que se desprende de un reciente estudio publicado en la revista PNAS. Los científicos tomaron muestras mediante un sistema de filtrado de aire en altitudes comprendidas entre los 8 y los 15 km de altura, utilizando un avión DC-8 de la NASA. El muestreo de partículas se tomó en distintas áreas del continente Americano, y de manera interesante, antes, durante y después del paso de los huracanes Earl y Karl durante el año 2010. Después, los filtros fueron preservados a 4ºC y analizados en el laboratorio mediante diversas técnicas de microscopía y metagenómica.

Trayectorias de los vuelos de muestreo de las capas superiores de la atmósfera (líneas continuas de color en diferentes zonas del continente Americano). En el mapa inferior se muestran las trayectorias e intensidades de los huracanes Earl (cuadrados) y Karl (círculos). Fuente de la imagen: PNAS

El 20% de las partículas muestreadas de tamaño similar a una micra o inferior eran bacterias viables que pertenecían a 17 taxones diferentes. Algunos de estos taxones tienen especies que son capaces de metabolizar algunos compuestos orgánicos de 1 a 4 átomos de carbono que se encuentran en las capas altas de la atmósfera y que se sabe que pueden afectar a la química del interior de las nubes. También se han encontrado hongos, aunque en una proporción diez veces menor.

Gráficas que representan la abundancia de RNA ribosomal por metro cúbico de aire de bacterias (Gráfica A) y hongos (Gráfica B). Nótese que la escala de la ordenadas es diferente en ambas gráficas. Fuente: PNAS.

Es interesante destacar que las partículas de entre 1 a 3 micras actúan como núcleos para la formación de hielo (IN ice nucleation) o para la condensación de agua en nubes (CCN cloud condensation nuclei). Es decir, son los responsables de que se forme nieve, granizo o lluvia. Como en trabajos anteriores, los datos indican que una gran parte de esos IN son seres vivos. Si tenemos en cuenta que la formación de las nubes en la troposfera media y superior puede verse afectada por la cantidad de INs, la presencia de bacterias en esas capas puede ser muchísimo más importante de lo que se pensaba hasta ahora. Es importante saber que tipo de bacterias se encuentran en dicho ambiente. Al realizar el análisis se encontró que una gran parte pertenecían al orden Proteobacteria, conocidas por su capacidad de actuar como CCN o de INs cuando están en suspensión aérea en una atmósfera saturada con agua.

Composición de las comunidades microbianas presentes en la troposfera. La coordenada Y nos da una idea de la relativa abundancia de una determinada clase de microorganismos. En la coordenada X nos da información de dónde se realizó el muestreo. Las líneas negras al lado de las columnas indican el "core" de secuencias que están presentes en todas las muestras, sin importar el origen del muestreo. Nótese que una gran parte de las familias pertenecen a las Proteobacterias. Fuente PNAS.

También han analizado el posible origen de dichas bacterias. Como puede verse en la gráfica inferior, la mayor parte de las bacterias proceden de medios acuáticos, ya sean aguas dulces o marinas. Como era de esperar, los huracanes producen una gran aerosolización aumentando la presencia de microorganismos en la troposfera y cambiando drásticamente la composición de las comunidades microbianas a su paso. Además, hay microorganismos que pueden funcionar como agentes de condensación, mientras que otros actúan mejor como agentes de nucleación de hielo. Eso podría provocar que en unas áreas las precipitaciones fueran de un tipo, por ejemplo nieve o granizo, mientras que en otras podría llover, dependiendo de la composición de la comunidad microbiana.

Posible origen de las comunidades microbianas presentes en la troposfera. Las secuencias de RNA ribosomal encontradas en las alturas fueron comparadas con las presentes en las bases de datos para poder deducir su origen. Fuente PNAS.

Sobrevivir a esa altura requiere al menos dos equipos de genes. Uno que codifique para sistemas que permita resistir la radiación ultravioleta y otro que permita aguantar las condiciones de bajísima humedad. Pero hay posibilidades de que incluso haya bacterias que puedan estar viviendo allí arriba. Uno de los géneros más abundantes encontrados es Afipia, perteneciente a la familia Bradyrhizobiaceae. Esta bacteria presente en medios acuáticos es conocida porque es capaz de metabolizar la dimetil sulfona (DMSO₂) y utilizarla como única fuente de carbono. El DMSO₂ se produce por la oxidación del dimetil sulfuro (DMS), un compuesto muy abundante en la atmósfera que se encuentra sobre los océanos, ya que es emitido por las algas.

Como señalan los autores, sabíamos que los microorganismos eran esenciales para la comprensión de los fenómenos geoquímicos de los hábitats del planeta. Ahora estamos vislumbrando que también son esenciales para la (bio)química de la atmósfera y del ciclo hidrológico.


Esta entrada participa en el XXXVIII carnaval de la Física alojado en el blog Eureka, en el XXI carnaval de Química que se aloja en el blog Pero eso es otra historia y debe ser contada en otra ocasión, en el XX carnaval de Biología alojado en el blog Forestalia y en el carnaval de Humanidades alojado en el blog El cuaderno de Calpurnia.




DeLeon-Rodriguez, N., Lathem, T., Rodriguez-R, L., Barazesh, J., Anderson, B., Beyersdorf, A., Ziemba, L., Bergin, M., Nenes, A., & Konstantinidis, K. (2013). Microbiome of the upper troposphere: Species composition and prevalence, effects of tropical storms, and atmospheric implications Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1212089110

Sutterella, una bacteria presente en el intestino de los niños autistas

Microfotografía electrónica de transmisión en falso color de la bacteria Sutterella wadworthensis. Fuente de la imagen: Science Photo Library.

El autismo es un trastorno neuronal que suele diagnosticarse en la infancia temprana. Los principales signos y síntomas del autismo afectan la comunicación, las interacciones sociales y las conductas repetitivas. Las causas de dicho trastorno no están del todo claras. Se sabe que hay un componente herditario muy importante, aunque los genes involucrados aún no han sido totalmente identificados. Pero también se tiene claro que los factores ambientales influyen mucho en la aparición del trastorno.

Un detalle que se había observado es que los niños con autismo presentan alteraciones gastrointestinales, y que son más acusadas cuanto mayor es el grado de autismo. Al realizar un estudio metagenómico de las bacterias presentes en las heces y en la mucosa del intestino se encontraron diferencias en la composición de las poblaciones de los grupos de Bacteroidetes, Betaproteobacteria y en la ratio Firmicutes/Bacteroidetes. Si tenemos en cuenta que cada vez hay más datos que apoyan la hipótesis de que las bacterias intestinales modulan el desarrollo del cerebro de los vertebrados, es lógico que haya mucho interés en intentar identificar las diferencias entre el microbioma de un niño autista de otro que no lo es.

Lo que ha encontrado ahora el grupo de Ian Lipkin (sí, el asesor científico de "Contagio") es que en 12 de 23 de las biopsias intestinales de niños autistas se encuentra una gran proporción de bacterias del género Sutterella, entre un 1 y un 7% del total, lo que la convierte en el tercer grupo microbiano por detrás de los Bacteroidetes y los Firmicutes. En cambio, este tipo de bacterias no fue encontrado en las muestras de niños normales que sufrían trastornos intestinales semejantes a los niños autistas. Lipkin y su grupo han encontrado que en los niños autistas con Sutterella en su intestino se pueden detectar anticuerpos contra ella en su suero. Probablemente la presencia de la Sutterella es un síntoma del autismo y no una causa, ya que no se ha encontrado en el 50% de los pacientes. Los resultados de la investigación han sido publicados en la revista mBio

Presencia de secuencias génicas del 16S rRNA de Sutterella en las biopsias gastrointestinales en niños autistas (AUT-GI) comparados con niños normales (control-GI). Los datos se muestran como un porcentaje del total del 16S rRNA bacteriano secuenciado de biopsias de la mucosa del ileo (A) o del ciego (B). Fuente de la imagen: Williams et al..

Por si fuera poco, la Sutterella es una bacteria muy poco conocida. Fue identificada por primera vez en 1996, en muestras clínicas de fluidos peritoneales y del apéndice de pacientes con infecciones gastrointestinales. Inicialmente se identificó como Campylobacter gracilis, pero se diferenciaba de ella en que aguantaba los ácidos biliares y era microaerófila. Sutterella parece ser una bacteria más de la microbiota intestinal, aunque en muy baja proporción, ya que se ha aislado de heces en individuos adultos sanos. Pero de vez en cuando causa infecciones "por debajo del diafragma" como las peritonitis o las apendicitis. También se ha aislado de pacientes con la enfermedad de Crohn.

Arbol filogenético de las secuencias de Sutterella aisladas de pacientes autistas. Fuente de la imagen: Williams et al..

Los investigadores piensan que sus resultados pueden servir para diseñar un ensayo que identifique de manera específica a Suterella lo que permita un mejor estudio de la misma y así entender su papel en la microbiota intestinal, la epidemiología de esta bacteria con respecto a las infecciones y enfermedades inflamatorias intestinales, y por último su contribución a la patogénesis de las alteraciones gastrointestinales en niños autistas.

Esta entrada participa en el IX carnaval de la Biología organizado por Carlos Lobato en el blog La Ciencia de la Vida



Wexler HM, Reeves D, Summanen PH, Molitoris E, McTeague M, Duncan J, Wilson KH, & Finegold SM (1996). Sutterella wadsworthensis gen. nov., sp. nov., bile-resistant microaerophilic Campylobacter gracilis-like clinical isolates. International journal of systematic bacteriology, 46 (1), 252-8 PMID: 8573504

Williams, B., Hornig, M., Parekh, T., & Lipkin, W. (2012). Application of Novel PCR-Based Methods for Detection, Quantitation, and Phylogenetic Characterization of Sutterella Species in Intestinal Biopsy Samples from Children with Autism and Gastrointestinal Disturbances mBio, 3 (1) DOI: 10.1128/mBio.00261-11

La vaca voladora

No, esta entrada no va de la vaca voladora que sale en la película "Twister". Es la traducción del título de uno de los magníficos artículos publicados en el blog "Small Things Considered" escrito por Moselio Schaechter y Merry Youle.

El hoatzin y su polluelo. Nótese las garras en las alas de este último (origen de la imagen)

Aquí hay un pájaro que cree que es un rumiante. O, hablando en tono científico, la peculiar manera de digerir material vegetal podría haber coevolucionado en los rumiantes y en un pájaro. Estamos hablando del hoatzin, un pájaro tropical del tamaño de un faisán o, en honor del día de hoy (*), un pájaro del tamaño de un pavo que se encuentra en América Central y del Sur y que fermenta en su buche las hojas que come. Opisthocomus hoazin, ese es su nombre completo, es único. No hay otro pájaro conocido -y hay unas 9.000 especies - capaz de llevar a cabo una fermentación pre-gástrica (como el rumen), aunque unos pocos hacen algo similar en el ciego. El hoatzin se alimenta casi exclusivamente de hojas, por lo que se benefician enormemente de tener un microbioma que puede manejar dicho alimento, al igual que hacen las vacas. Para dar cabida a esa actividad, tienen un buche inusualmente distendido y un esófago de gran tamaño.

Como todos los vertebrados, los polluelos de hoatzin se desarrollan de forma gradual hasta alcanzar su madurez. A lo largo de ese tiempo, el microbioma del buche va cambiando. Esto es lo que los autores de un estudio liderado por María Dominguez-Bello, de la Universidad de Puerto Rico dicen: "En comparación con el adulto, el buche del polluelo de hoatzin tiene una mayor abundancia de Flavobacteriaceae, Clostridiaceae y Lachnospiraceae pero carecen del phyla DSS1, Deferribacteres y el Termite group 1 ,que si están presentes en los adultos". El dominio Archaea, incluido los metanógenos, también están presentes de manera abundante en el buche, así como protozoos. El conjunto es muy evocador del microbioma del rumen de los rumiantes.

El tubo digestivo del hoatzin. (A) Localización del buche y del largo esófago en el interior de su cuerpo. (B) El tubo digestivo del hoatzin extendido para mostrar todos sus órganos. "crop" es el buche y "gizzard" la molleja(origen de la imagen)

¿Quiere saber más sobre el hoatzin? He aquí una muestra: "Tiene una cara sin plumas de color azul con ojos marrones y una cresta espinosa en la cabeza, y es la única especie existente de la familia Opisthocomidae. A menudo se la considera como una de las aves más primitivas ya que el polluelo de hoatzin tiene dos garras en el primer y segundo dedo de sus alas para ayudarle a trepar a las ramas de manera algo extraña". Las garras de las alas se pierden con la madurez, pero por un tiempo, el pájaro se parece a la extinta Archaeopteryx, el candidato de finales del Jurásico de una forma de transición entre dinosaurios y aves.

No todo sobre el hoatzin es atractivo para los seres humanos. Emite un olor característico similar al del estiércol, lo que explica su sobrenombre: ave apestosa. Sin embargo, su atracción por los microbiólogos es evidente. Esta especie ha conseguido a su manera, al menos entre las aves, dar cabida a una comunidad microbiana rica y productiva.

(*) La entrada fue publicada por Elio el día de Acción de Gracias, festividad norteamericana durante la cual las familias se reúnen y se comen un pavo cocinado al horno.

Wright, A., Northwood, K., & Obispo, N. (2009). Rumen-like methanogens identified from the crop of the folivorous South American bird, the hoatzin (Opisthocomus hoazin) The ISME Journal, 3 (10), 1120-1126 DOI: 10.1038/ismej.2009.41

Godoy-Vitorino, F., Ley, R., Gao, Z., Pei, Z., Ortiz-Zuazaga, H., Pericchi, L., Garcia-Amado, M., Michelangeli, F., Blaser, M., Gordon, J., & Dominguez-Bello, M. (2008). Bacterial Community in the Crop of the Hoatzin, a Neotropical Folivorous Flying Bird Applied and Environmental Microbiology, 74 (19), 5905-5912 DOI: 10.1128/AEM.00574-08